废弃石料矿高陡边坡生态修复路径探究——以北京市平谷区东高村镇东高村石料场治理项目设计为例.pdf

1现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 3 卷第 7 期2024 年 4 月Vol.3 No.7Apr.2024废弃石料矿高陡边坡生态修复路径探究以北京市平谷区东高村镇东高村石料场治理项目设计为例冯少华1，祁 冉1，邓 韬1，张 卓21.中国地质工程集团有限公司，北京 100093；2.山东省地质调查院，山东济南 250000摘 要：近年来北京市几乎所有的石料矿均已关停，并对露天采场平台区进行了覆土绿化，但其形成的裸露山体由于投资大、技术难度高、修复效果差等原因很少进行治理，采矿裸露岩壁造成的视觉污染严重影响北京作为首都的城市形象。本项目的实施使得平谷区东高村镇东高村石料场治理区采矿遗留的废渣石堆、采坑、边坡等破坏原始地形地貌及植被的采矿遗迹进行治理及植被恢复，通过实施施工手段，并结合生物措施，恢复治理区的生态环境，可以减少露天堆积的废弃渣石等固体废物对北京造成的扬尘污染，为提升北京空气质量、保证首都“蓝天、绿水”、促进“绿色北京”建设做出贡献。关键词：基本特征；矿山问题；治理思路；治理方案；治理结果中图分类号：X171.4 文献标识码：ADiscussion on Ecological Restoration of High and Steep Slopes in Abandoned Stone Mines Taking the Design of Donggaocun Quarry Treatment Project in Donggaocun Town,Pinggu District,Beijing as an ExampleFeng Shaohua1,Qi Ran1,Deng Tao1,Zhang Zhuo21.China Geo-engineering Corporation,Beijing 100093;2.Shandong Institute of Geological Survey,Jinan,Shandong 250000Abstract:Although almost all stone mines in Beijing have been closed in recent years and the open-pit mining platform areas have been covered with soil for greening,the treatment of the exposed mountains formed by them is rarely carried out due to high investment,high technical difficulty,and poor restoration effects.The visual pollution caused by mining exposed rock walls seriously affects the image of Beijing as the capital city.The implementation of this project enables the treatment and vegetation restoration of mining relics that damage the original terrain and vegetation,such as waste rock piles,pits,slopes,etc.,left behind by mining in the Donggaocun Quarry Treatment Area of Donggaocun Town,Pinggu District.By implementing construction methods combined with biological measures,the ecological environment of the treatment area can be restored.This can reduce the dust pollution caused by solid waste such as open-air accumulation of waste rock to Beijing,and contribute to improving the air quality of Beijing,ensuring the blue sky and green water of the capital,and promoting the construction of a green Beijing.Keywords:basic characteristics;mining issues;governance ideas;governance plan;governance outcomes作者简介：冯少华（1984），男，中国科学院大学第四纪地质学博士研究生，中国地质工程集团有限公司高级工程师，研究方向为生态修复、国土空间规划；张卓（1981），男，硕士，山东省地质调查院高级工程师，研究方向为水工环地质及海岸带第四纪。本文通讯作者：张卓。本次选取的研究区位于北京市平谷区东高村镇京平高速平谷城区出口东南1km处，地处北京市东部平谷区塔山（泉水山）西北麓，距北京市区70km，距离平谷城区5km，从京平高速上观察此处采矿裸露山体清晰可见。该处裸岩壁呈现高陡、破碎性特征，治理难度极大，本文从工程治理实例出发，探讨了穴植孔、生态袋、高次团粒喷播、岩棉森林等各种措施的可行性，并提出了合理的修复思路，取得了良好的修复效果。1 研究区基本特征1.1 现状特征研究区属北温带大陆性气候，四季分明，年温差22024 年 4 月第 3 卷第 7 期现 代 工 程 科 技2较大，属蓟运河水系，位于泃河左岸，距离洳河和泃河交汇点6.6km。研究区整体表现为一处“簸箕”型顺坡开采的陡立面，在开采平台区植被发育较好，地形高程55106m，主要为乔木林地。大部分区域出露地层均为蓟县系迷雾山组地层，从构造区域划分，属于蓟州区中坳褶带中的平谷中穹断，区内褶皱和断裂构造较发育。通过分析研究区地形地貌、地层岩性、富水条件及富水程度的特点，并结合区域水文地质图，研究区主要位于碳酸岩裂隙水强等富水区。根据研究区内地层分布情况，以及岩土体工程地质特征等因素，工程岩组可划分为坚硬层状碳酸盐类岩组，砂、砂砾石、卵石多层土体以及人工堆积物几种类型。采矿废石堆主要为矿石开采遗留的渣石、渣土堆积而成的碎石土，分布在研究区开采面底部边坡平台，层厚度分布较不均匀，但土体物理力学性能较好，工程地质条件中等。1.2 周边规划情况根据 平谷区塔山公园景观及生态修复景观规划，后期将依托研究区矿坑的矿山修复建设塔山景观公园，配套民宿、果园、登山步道、儿童乐园、景观平台、四季花海、商业聚集区等相关配套设施，并结合渔阳滑雪场、音乐节小镇等项目，将塔山打造成为一处集旅游、休闲、娱乐于一体的景观公园。2 废弃矿山环境问题2.1 地质灾害研究区石灰岩矿均以露天开采的形式进行开采，破坏岩石原有稳定结构，采掘面长期暴露，风化剥蚀严重，裂隙发育比较密集，存在反坡凹腔，危岩体后缘形成大量张拉裂缝，极易形成崩塌地质灾害。根据现状调查，人工边坡坡度70，岩体结构破碎，部分采掘面前缘临空甚至三面临空，坡度55，出现“鹰咀”崖，顶底高差30m，坡面起伏不平，上陡下缓。采掘面岩土体结构松散破碎，裂缝裂隙发育切割深，形成了不稳定的结构体和不连续结构面。采掘面（崩塌）危岩体稳定性差，崩塌（危岩）处于欠稳定状态。在雨水充沛、气温变化大、昼夜温差明显的情况下，发生崩塌危岩体的可能性大1。2.2 地形地貌及土地资源破坏研究区采掘断面沿山体，顺山体开采，开采时产生的平台、采场、掌子面及顺坡倾倒矿渣形成的坡面，其颜色与周围山体植被形成强烈的反差，极不协调，视觉效果极差，从京平高速上清晰可见。采掘面、开采平台及弃渣相对集中连片，各采掘面的高度不同，开采平台的面积大小不一，由于挖损和压占破坏引起原有林地荒滩裸露、弃渣成堆，破坏原有土地资源。2.3 生态环境破坏研究区位于北京西山腹地，周边地势起伏大，海拔为356689m，植被类型为山地落叶阔叶林与温带针叶林混交带，发育落叶乔木主要有杨树、榆树、臭椿、银杏、黄栌等，常绿乔木主要有油松、侧柏等，灌木主要包括酸枣、荆条、绣线菊等，草本主要包括狗尾草、苍耳、高羊茅、蓖麻、蒿子等2。经调查，研究区内废渣斜坡、废渣平台和裸露岩质边坡对区内植被造成了严重破坏，采矿废渣未经规划处理，随意抛填堆积，零散分布、随意堆积的矿渣掩埋了原生植被资源，使植物失去了生长的条件，造成植物大面积死亡。水土流失严重，植被无法自然修复，弃渣下部分植被无法正常生长而死亡。区内大部分地区已无植被覆盖，局部见有零星榆树、臭椿等植被，杂草零星生长，植被破坏面积达5.55hm2（约83.3亩）。3 治理思路研究区现状废渣堆植被无法生长，占用土地资源；裸岩边坡中上部崩塌危岩体发育，坡体后缘张拉裂缝明显；现状裸岩边坡面岩体节理裂隙发育密集，且裂隙贯穿深度大，对表层碎裂岩体清理后内部岩体卸荷后存在加剧碎裂的情况。根据后期利用规划，研究区将建设成为无动力儿童乐园及小矿坑文化广场，规划建设场地均位于开采平台区，可见研究区后期规划建设完成后人类活动频繁，对治理效果要求较高3。目前国内裸露岩体修复工艺的措施主要包括高次团粒喷播、植生筒袋、生态袋、植生孔、岩棉森林毯五种措施。高次团粒喷播措施造价适中，在裸岩壁坡度小于70的坡面及渣坡区恢复效果较好，缺点是有效作用层较薄，坡度大于70的陡立面挂浆难度大，效果差；植生筒袋适用于所有类型裸岩壁，种植土层厚，恢复效果好，缺点是造价高，岩壁密贴问题需要进一步解决，种植层重量太大，岩壁裂隙不发育区若防护网生锈老化存在垮塌风险；生态袋有效土层厚，适用于所有坡面，3冯少华，祁 冉，邓 韬，等：废弃石料矿高陡边坡生态修复路径探究以北京市平谷区东高村镇东高村石料场治理项目设计为例前沿植被恢复效果好，缺点是生态袋韧性有限，堆高有限；植生孔措施造价低，对边坡坡度无限制，植被恢复效果尚可，缺点是见效慢，岩性破碎容易塌孔；岩棉森林毯适用于裂隙发育破碎且陡直的坡面，缺点是无法适用于光滑、无裂隙的坡面，详见表1。表1 各种裸岩壁修复措施优缺点对比恢复措施优点缺点价格元/m2高次团粒 喷播造价适中，在裸岩壁坡度小于70以下的坡面及渣坡区恢复效果较好有效作用层较薄，坡度大于70以上陡立面挂浆难度大，效果差160植生筒袋适用于所有类型裸岩壁，种植土层厚，恢复效果好造价高，岩壁密贴问题需要进一步解决，种植层重量太大，岩壁裂隙不发育区若防护网生锈老化存在垮塌风险375生态袋有效土层厚，适用于所有坡面，植被恢复效果好生态袋韧性有限，堆高有限230植生孔造价低，对边坡坡度无限制，植被恢复效果尚可见效慢，岩性破碎容易塌孔70岩棉森林毯适用于裂隙发育破碎且陡直的坡面无法适用光滑、无裂隙的坡面210研究区现状裸岩壁呈现上陡下缓、崩塌危岩体分布、裂隙发育的特征，根据目前各种措施的优缺点，采用高次团粒喷播和岩棉森林毯相互结合的措施进行治理。本次治理需要对岩质边坡上碎石危岩进行清理，并挂设主动防护网，消除地质灾害隐患，再采用地形整治工程，将现有渣堆进行归拢放坡，并采用挡墙进行拦挡，最后采用高次团粒喷播、岩棉森林毯复绿对地形整治后的渣坡及陡坎进行绿化，并铺设灌溉管网养护4。研究区整治完成后，预计将形成单坡陡坎地貌，陡坎区与后期利用的平台区将被边坡区分割，分割区宽度540m不等，后缘陡坎区危岩清理后进行喷播及覆森林毯治理，分割区可最大程度地保障后期平台区的安全使用（图1）。图1 研究区裸岩壁治理思路剖面图4 具体治理方案研究区废弃矿山治理主要工程措施为危岩清理、地形整治工程、挡土墙工程、高次团粒喷播工程、岩棉森林毯复绿工程、蓄水池工程、灌溉工程。4.1 危岩清理根据坡体地形地貌，对研究区岩质边坡顶部及坡面松动的崩塌危岩，采取以人工为主、机械为辅的方式进行清削；同时对于整个坡面表层裂隙发育岩体进行清理，清理危岩破碎后回填至坡脚进行填方培坡。4.2 地形整治工程地形地貌治理主要为削坡堆脚工程，坡脚处前缘设计标高59.0m，与现状地面标高高差2.0m，坡脚堆方区后缘设计标高70m，回填区净填方量与岩质边坡危岩清理开挖量考虑1.1松散系数后基本平衡。4.3 支护工程地形整理完成后，根据设计标高，边坡前缘与现状平台地貌之间高差为2m，设计边坡衔接处采用挡墙支护。挡墙采用浆砌块石结构，挡墙总高2.5m。4.4 主动防护网岩质边坡清理危岩后，坡体虽整体处于稳定状态，但由于白云岩易于风化崩解，削坡后在坡面节理裂隙发育程度高、后期利用人类活动距离裸岩范围较近的区域设置柔性防护网GPS2防护，以防裂隙发育密集区在风化、雨水冲刷等不良作用下，形成新的危岩体。4.5 高次团粒喷播工程研究区设计高次团粒喷播区主要位于地形整治后的坡脚地带，该区内主要为碎石土堆方区及裂隙发育的基岩缓坡区，设计喷播面积3893.7m2，喷播层厚度1315cm。4.5.1 技术介绍高次团粒喷播是以工程力学和生物学理论为依据，利用基质和锚杆加固铁丝网技术，运用特制喷混机械将土壤、肥料、有机物质、保水材料、黏结材料、植物种子等混合干料加水后喷射到岩面上，形成1015cm厚度的具有连续空隙的硬化体。种子可以在空隙中生根、发芽、生长，而一定程度的硬化又可防止雨水冲刷，从而达到恢复植被、改善景观、保护环境的目的。4.5.2 施工工艺客土挂网喷播工程工艺流程包括：清理坡面挂铁丝网（需要可加生态棒）土料混合机械喷播加盖42024 年 4 月第 3 卷第 7 期现 代 工 程 科 技4椰纤维毯养护。4.6 岩棉森林毯复绿工程4.6.1 技术介绍岩棉植被森林毯是在各种地质类型边坡之上，进行永久性植被恢复的技术。运用这种方式，不用喷播可以在坡面种草，不用挖穴可以在坡面种植乔灌木，在边坡之上建植森林植被植物群落，不再需要人工养护维持其生长，融入自然环境之中，成为自然生态环境的组成部分。采用森林毯工艺技术，在植物选择上更加多样，除了传统使用的紫穗槐之外，当地气候类型下自然分布的乔木、灌木、藤本、花卉植物都可以种植，生态效果更加贴近自然，景观效果更加美丽，绿化效果实现园林化5。研究区的陡坎区主要为白云岩出露区，裂隙较为发育，设计采用森林毯对岩壁进行大面积覆盖，充分利用岩石裂隙及森林毯种植层扦插乔灌木幼苗，对岩壁进行复绿。预计森林毯施工区总面积4995.86m2，湿水后厚度不小于8cm。4.6.2 施工工艺岩棉植被森林毯工艺流程为：清理坡面喷洒有机层铺森林毯锚钉固定种植苗木灌溉养护。整个工艺过程不需要大型机械设备，没有土方扬尘污染，施工速度快，不受天气影响，可以根据土建工程进度进行反季节施工，苗木成活率高。苗木品种选择耐干旱、贫瘠，抗病虫害强的乡土树种，如紫穗槐、刺槐、木藤蓼和崖柏等植物。树种栽培方式：3孔/m2，梅花状排列，每孔种植3株植物，平均9株/m2。4.7 蓄水池工程为方便喷播及森林毯绿化、养护工作，修建浆砌石蓄水池1座，设计蓄水池呈圆形，内壁直径12m，蓄水量200m3。4.8 灌溉工程研究区绿化养护用水采用大旺务村机井供水系统作为灌溉水源，水源具有可靠的供水保证。研究区各类绿化施工最终面积0.86hm2，主要栽植紫穗槐、木藤蓼、侧柏、臭椿、胡枝子、藤本蔷薇、五叶地锦等小乔木及灌木，草本种植有波斯菊、紫花苜蓿等。设计采用喷滴灌系统（图2）进行植被养护，研究区喷滴灌系统主要由首部枢纽、管网和喷头等组成。首部泵水系统设计要求为一备一用，一般包括动力设备、水泵、泄压阀、逆止阀、水表、压力表，以及控制设备；管网由不同管径的管道组成，包括干管、支管、毛管等；喷播区养护喷头采用摇臂喷头，森林毯区喷头则采用滴灌小喷头。图2 灌溉系统平面布置图5 最终整治效果研究区裸岩壁治理工程实施完成后，生态恢复效果开始显现，区内原来无法绿化的陡坎崖壁将得到植被重建，与周围未受到采矿破坏的山区生态环境相协调，使得东高村镇东高村整体的生态环境得到提升，与塔山规划相互衔接，为建成塔山公园做出贡献，使当地居民有一个休闲健身的好去处，为提升北京空气质量、保证首都“蓝天、绿水”、促进“绿色北京”建设做出了贡献。参考文献1 方贤辉.关于矿区边坡生态修复思考J.世界有色金属,2022(20):190-192.2 詹慧宗.柔性生态棒在高陡废弃矿山生态环境修复中的应用J.现代矿业,2022,38(5):188-191.3 GB 183062015.中国地震动参数区划图S.北京:地震出版社,2015.4 GB 500112022.建筑抗震设计规范S.北京:中国建筑工业出版社,2022.5 刘高鹏,金章利,牛海波,等.济南奥体中心山体边坡断崖面生态修复模式及效果J.中国水土保持,2010(7):26-28.